JAVA并发-自问自答学ThreadLocal

前言

ThreadLocal群同校还为不驾驭是什么事物,可以用来干嘛。但面试时可又平常问到,所以这一次自己和豪门一道念书ThreadLocal这个类。

脚我不怕以面试问答的款型学习我们的——ThreadLocal看似(源码分析基于JDK8)

问答内容

1.

问:ThreadLocal叩问也?您会让自己说说他的首要用途吗?

答:

  • 从JAVA官方对ThreadLocal恍如的征定义(定义在演示代码中):ThreadLocal类用来供线程内部的片段变量。这种变量在差不多线程环境下看(通过getset艺术访问)时会担保各种线程的变量相对独立为任何线程内之变量。ThreadLocal实例通常来说都是private static类型的,用于关联线程和线程上下文。

  • 咱得以得知ThreadLocal的企图是:ThreadLocal的用意是供线程内之组成部分变量,不同的线程之间未会师相搅扰,这种变量在线程的生命周期内于效用,缩短和一个线程内大多单函数或机件之间有公变量的传递的复杂度。

  • 上述可以概述为:ThreadLocal供线程内部的一对变量,在本线程内随时随地可取,隔离其他线程。

演示代码:

/**
 * 该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。 这些变量不同于它们的普通对应物,
 * 因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量
 * 它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段
 * 它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。
 *
 * 例如,以下类生成对每个线程唯一的局部标识符。
 * 
 * 线程 ID 是在第一次调用 UniqueThreadIdGenerator.getCurrentThreadId() 时分配的,
 * 在后续调用中不会更改。
 * <pre>
 * import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 *
 * public class ThreadId {
 *     // 原子性整数,包含下一个分配的线程Thread ID 
 *     private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
 *
 *     // 每一个线程对应的Thread ID
 *     private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
 *         new ThreadLocal<Integer>() {
 *             @Override protected Integer initialValue() {
 *                 return nextId.getAndIncrement();
 *         }
 *     };
 *
 *     // 返回当前线程对应的唯一Thread ID, 必要时会进行分配
 *     public static int get() {
 *         return threadId.get();
 *     }
 * }
 * </pre>
 * 每个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的
 * 在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收,(除非存在对这些副本的其他引用)。
 *
 * @author  Josh Bloch and Doug Lea
 * @since   1.2
 */
public class ThreadLocal<T> {
·····
   /**
     * 自定义哈希码(仅在ThreadLocalMaps中有用)
     * 可用于降低hash冲突
     */
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

    /**
     * 生成下一个哈希码hashCode. 生成操作是原子性的. 从0开始
     * 
     */
    private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();


    /**
     * 表示了连续分配的两个ThreadLocal实例的threadLocalHashCode值的增量 
     */
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;


    /**
     * 返回下一个哈希码hashCode
     */
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
·····

}
  • 其中nextHashCode()主意就是一个原子类不截止地失去加上0x61c88647,那是一个坏特别之多次,叫斐波那么契散列(Fibonacci
    Hashing),斐波那么契又闹一个称呼被黄金分割,也就是说将之累作为哈希值的增量将会面使哈希表的遍布更为均匀。

2.

问:ThreadLocal心想事成原理是呀,它是安就有变量不同之线程之间未相会相困扰的?

答:

  • 平时,如若自己不失去看源代码的话,我猜ThreadLocal凡是这样子设计的:每个ThreadLocal恍如都创制一个Map,然后据此线程的ID
    threadID作为Mapkey,要存储的组成部分变量作为Mapvalue,这样就能及各种线程的价值隔离的效应。这是最最简便易行的计划性情势,JDK最初期的ThreadLocal就算是这么设计之。

  • 但,JDK后面优化了设计方案,现时JDK8
    ThreadLocal的宏图是:每个Thread珍爱一个ThreadLocalMap哈希表,那么些哈希表的keyThreadLocal实例本身,value才是的确要存储的价Object

  • 斯计划和大家同开端说之计划性刚好相反,这样设计出如下几触及优势:

    1)
    那样设计后每个Map存储的Entry数码就是会师更换多少,因为事先的囤数量由Thread的数额控制,现在凡是由于ThreadLocal的多寡控制。

    2)
    Thread销毁后,对应之ThreadLocalMap也会就销毁,能缩短内存的下。

ThreadLocal引用关系图- 图片来源于《简书 –
对ThreadLocal实现原理的一点考虑》

上述解释根本参考自:ThreadLocal和synchronized的区别?

3.

叩问:您会说说ThreadLocal常用操作的脚实现原理为?如存储set(T value),获取get(),删除remove()等操作。

答:

  • 调用get()操作获取ThreadLocal备受对应当前线程存储的价平日,举行了如下操作:

    1 )
    获取当前线程Thread靶,进而获取之线程对象吃保养的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断时之ThreadLocalMap是不是留存:

  • 假定有,则坐时之ThreadLocal
    key,调用ThreadLocalMap中的getEntry艺术取得相应的储存实体
    e。找到相应之贮存实体 e,获取存储实体 e 对应的
    value价值,即为大家怀恋倘诺的此时此刻线程对承诺之ThreadLocal的价值,重临结果值。

  • 而不在,则证实那一个线程没有保养的ThreadLocalMap对象,调用setInitialValue措施举办初叶化。再次来到setInitialValue初步化的价值。

  • setInitialValue方法的操作如下:

    1 ) 调用initialValue拿到伊始化的值。

    2 )
    获取当前线程Thread靶,进而获取这线程对象吃爱护的ThreadLocalMap对象。

    3 ) 判断当前底ThreadLocalMap是否留存:

  • 倘若有,则调用map.set安装这多少个实体entry

  • 假设非存,则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的起初化,并以是实体entry当第一只价存放到ThreadLocalMap中。

PS:关于ThreadLocalMap对应之相干操作,放在下一个问题详细表明。

示范代码:

    /**
     * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值
     * 此方法的第一次调用发生在,当线程通过{@link #get}方法访问此线程的ThreadLocal值时
     * 除非线程先调用了 {@link #set}方法,在这种情况下,
     * {@code initialValue} 才不会被这个线程调用。
     * 通常情况下,每个线程最多调用一次这个方法,
     * 但也可能再次调用,发生在调用{@link #remove}方法后,
     * 紧接着调用{@link #get}方法。
     *
     * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null};
     * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值,
     * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法
     * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现
     *
     * @return 当前ThreadLocal的初始值
     */
    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    /**
     * 创建一个ThreadLocal
     * @see #withInitial(java.util.function.Supplier)
     */
    public ThreadLocal() {
    }

    /**
     * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
     * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量,
     * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
     *
     * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
     */
    public T get() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null) {
            // 以当前的ThreadLocal 为 key,调用getEntry获取对应的存储实体e
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            // 找到对应的存储实体 e 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 获取存储实体 e 对应的 value值
                // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        // 如果map不存在,则证明此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
        // 调用setInitialValue进行初始化
        return setInitialValue();
    }

    /**
     * set的变样实现,用于初始化值initialValue,
     * 用于代替防止用户重写set()方法
     *
     * @return the initial value 初始化后的值
     */
    private T setInitialValue() {
        // 调用initialValue获取初始化的值
        T value = initialValue();
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
        // 返回设置的值value
        return value;
    }

    /**
     * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     * 
     * @param  t the current thread 当前线程
     * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
  • 调用set(T value)操作设置ThreadLocal中针对应该前线程要存储的价值时,举办了之类操作:

    1 )
    获取当前线程Thread目标,进而获取之线程对象中维护的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断时之ThreadLocalMap是不是是:

  • 设若有,则调用map.set装是实体entry

  • 如果不在,则调用createMap进行ThreadLocalMap目的的初叶化,并将此实体entry用作第一单价值存放到ThreadLocalMap中。

演示代码:

    /**
     * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     * 大多数子类都不需要重写此方法,
     * 只需要重写 {@link #initialValue}方法代替设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     *
     * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
     *  
     */
    public void set(T value) {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
    }

    /**
     * 为当前线程Thread 创建对应维护的ThreadLocalMap. 
     *
     * @param t the current thread 当前线程
     * @param firstValue 第一个要存放的ThreadLocal变量值
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
  • 调用remove()操作删除ThreadLocal中对相应前线程已囤积的值经常,举行了之类操作:

    1 )
    获取当前线程Thread靶,进而得到那线程对象吃珍爱的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前底ThreadLocalMap是否在,
    假如存在,则调用map.remove,以当前ThreadLocalkey剔除相应之实业entry

  • 示范代码:

    /**
     * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry
     * 如果此ThreadLocal变量在当前线程中调用 {@linkplain #get read}方法
     * 则会通过调用{@link #initialValue}进行再次初始化,
     * 除非此值value是通过当前线程内置调用 {@linkplain #set set}设置的
     * 这可能会导致在当前线程中多次调用{@code initialValue}方法
     *
     * @since 1.5
     */
     public void remove() {
        // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        // 如果此map存在
         if (m != null)
            // 存在则调用map.remove
            // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry
             m.remove(this);
     }

4.

问:对ThreadLocal的常用操作实际是对线程Thread中的ThreadLocalMap开展操作,主题是ThreadLocalMap这哈希表,你可知研讨ThreadLocalMap的中间底层实现呢?

答:

  • ThreadLocalMap的脚实现是一个定制的自定义HashMap哈希表,要旨组成要向来:

    1 ) Entry[] table;:底层哈希表 table,
    必要通常需要举行扩容,底层哈希表 table.length 长度假诺2底n次方。

    2 ) int size;:实际存储键值对素个数 entries

    3 ) int threshold;:下一致潮扩容时的阈值,阈值 threshold =
    底层哈希表table的长度
    len * 2 / 3。当size >= threshold时,遍历table并删除keynull的元素,假使除去后size >= threshold*3/4时,需要对table举行扩容(详情请查看set(ThreadLocal<?> key, Object value)模式求证)。

  • 其中Entry[] table;哈希表存储的主旨因素是EntryEntry包含:

    1 ) ThreadLocal<?> k;:当前储存的ThreadLocal实例对象

    2 ) Object value;:当前 ThreadLocal 对应储存的值value

  • 内需专注的凡,此Entry此起彼伏了死亡引用
    WeakReference,所以当运用ThreadLocalMap时,发现key == null,则象征那些key ThreadLocal未以让引述,需要用这从ThreadLocalMap哈希表中移除。(弱引用相关题材解释请查看
    问答 5)

示范代码:

    /**
     * ThreadLocalMap 是一个定制的自定义 hashMap 哈希表,只适合用于维护
     * 线程对应ThreadLocal的值. 此类的方法没有在ThreadLocal 类外部暴露,
     * 此类是私有的,允许在 Thread 类中以字段的形式声明 ,     
     * 以助于处理存储量大,生命周期长的使用用途,
     * 此类定制的哈希表实体键值对使用弱引用WeakReferences 作为key, 
     * 但是, 一旦引用不在被使用,
     * 只有当哈希表中的空间被耗尽时,对应不再使用的键值对实体才会确保被 移除回收。
     */
    static class ThreadLocalMap {

        /**
         * 实体entries在此hash map中是继承弱引用 WeakReference, 
         * 使用ThreadLocal 作为 key 键.  请注意,当key为null(i.e. entry.get()
         * == null) 意味着此key不再被引用,此时实体entry 会从哈希表中删除。
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** 当前 ThreadLocal 对应储存的值value. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

        /**
         * 初始容量大小 16 -- 必须是2的n次方.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * 底层哈希表 table, 必要时需要进行扩容.
         * 底层哈希表 table.length 长度必须是2的n次方.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * 实际存储键值对元素个数 entries.
         */
        private int size = 0;

        /**
         * 下一次扩容时的阈值
         */
        private int threshold; // 默认为 0

        /**
         * 设置触发扩容时的阈值 threshold
         * 阈值 threshold = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3
         */
        private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的下一个位置index
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的上一个位置index
         */
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }

    }
  • ThreadLocalMap的构造方法是缓加载的,也就是说,唯有当线程需要仓储对应的ThreadLocal的值时,才开始化创制同不成(仅开首化三次于)。先导化步骤如下:

    1) 起头化底层数组table的最先容量为 16。

    2)
    获取ThreadLocal中的threadLocalHashCode,通过threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1),即ThreadLocal
    的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的尺寸 length
    的法子总括该实体的蕴藏地方。

    3) 存储时之实业,key 为 : 当前ThreadLocal value:真正要存储的价值

    4)设置当前实际存储元素个数 size 为 1

    5)设置阈值setThreshold(INITIAL_CAPACITY),为起始化容量 16 的
    2/3。

演示代码:

        /**
         * 用于创建一个新的hash map包含 (firstKey, firstValue).
         * ThreadLocalMaps 构造方法是延迟加载的,所以我们只会在至少有一个
         * 实体entry存放时,才初始化创建一次(仅初始化一次)。
         */
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            // 初始化 table 初始容量为 16
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            // 计算当前entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表的长度 length
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            // 存储当前的实体,key 为 : 当前ThreadLocal  value:真正要存储的值
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            // 设置当前实际存储元素个数 size 为 1
            size = 1;
            // 设置阈值,为初始化容量 16 的 2/3。
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }
  • ThreadLocalget()操作实际是调用ThreadLocalMapgetEntry(ThreadLocal<?> key)措施,此情势连忙适用于得有同留存key的实体
    entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)办法赢得,这样做是为了最要命范围地增强直接命中之性,该方法开展了如下操作:

    1 )
    统计而收获的entry的仓储地方,存储地方统计等价于:ThreadLocal
    hashthreadLocalHashCode % 哈希表的长度 length

    2 ) 按照测算的积存地点,获取到相应之实业
    Entry。判断相应实体Entry是否有 并且 key是不是等于:

  • 有对应实体Entry再就是对应key相等,即同一ThreadLocal,再次回到对应的实体Entry

  • 勿存对应实体Entry 或者
    key免对等,则经过调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)主意继续查找。

  • getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)法操作如下:

    1 )
    获取底层哈希表数组table,循环遍历对诺设摸索的实体Entry所涉的岗位。

    2 ) 获取当前遍历的entry
    key ThreadLocal,比较key是不是相同,一致则回。

    3 ) 如果key不一致 并且 key
    null,则印证引用已经休设有,这是盖Entry承的是WeakReference,这是去世引用带来的坑。调用expungeStaleEntry(int staleSlot)艺术去过期的实业Entry(此措施无独立解释,请查看示例代码,有详细讲明表达)。

    4 ) key不一致 ,key呢无也空,则遍历下一个地点,继续查找。

    5 ) 遍历完毕,依然找不交则归null

以身作则代码:

        /**
         * 根据key 获取对应的实体 entry.  此方法快速适用于获取某一存在key的
         * 实体 entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss方法获取,这样做是为
         * 了最大限制地提高直接命中的性能
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            // 计算要获取的entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表
            的长度 length
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            // 获取到对应的实体 Entry 
            Entry e = table[i];
            // 存在对应实体并且对应key相等,即同一ThreadLocal
            if (e != null && e.get() == key)
                // 返回对应的实体Entry 
                return e;
            else
                // 不存在 或 key不一致,则通过调用getEntryAfterMiss继续查找
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }

        /**
         * 当根据key找不到对应的实体entry 时,调用此方法。
         * 直接定位到对应的哈希表位置
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  i 此对象在哈希表 table中的存储位置 index
         * @param  e the entry 实体对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            // 循环遍历当前位置的所有实体entry
            while (e != null) {
                // 获取当前entry 的 key ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
               // 比较key是否一致,一致则返回
                if (k == key)
                    return e;
                // 找到对应的entry ,但其key 为 null,则证明引用已经不存在
                // 这是因为Entry继承的是WeakReference,这是弱引用带来的坑
                if (k == null)
                    // 删除过期(stale)的entry
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    // key不一致 ,key也不为空,则遍历下一个位置,继续查找
                    i = nextIndex(i, len);
                // 获取下一个位置的实体 entry
                e = tab[i];
            }
            // 遍历完毕,找不到则返回null
            return null;
        }


        /**
         * 删除对应位置的过期实体,并删除此位置后对应相关联位置key = null的实体
         *
         * @param staleSlot 已知的key = null 的对应的位置索引
         * @return 对应过期实体位置索引的下一个key = null的位置
         * (所有的对应位置都会被检查)
         */
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;

            // 擦除这个位置上的脏数据
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // 直到我们找到 Entry e = null,才执行rehash操作
            // 就是遍历完该位置的所有关联位置的实体
            Entry e;
            int i;
            // 查找该位置对应所有关联位置的过期实体,进行擦除操作
            for (i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == null) {
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;
                    size--;
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {
                        tab[i] = null;

                        // 我们必须一直遍历直到最后
                        // 因为还可能存在多个过期的实体
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

        /**
         * 删除所有过期的实体
         */
        private void expungeStaleEntries() {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            for (int j = 0; j < len; j++) {
                Entry e = tab[j];
                if (e != null && e.get() == null)
                    expungeStaleEntry(j);
            }
        }
  • ThreadLocalset(T value)操作实际是调用ThreadLocalMapset(ThreadLocal<?> key, Object value)方法,该措施举行了如下操作:

    1 ) 获取相应的底哈希表table,总结对应threalocal的囤地点。

    2 ) 循环遍历table本着应当位置的实体,查找对应的threadLocal

    3 )
    获取当前地方的threadLocal,如果key threadLocal同一,则印证找到呼应的threadLocal,将新值赋值给找到的如今实体Entryvalue中,结束。

    4 )
    如若手上职的key threadLocal不一致,并且key threadLocalnull,则调用replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot)计(此措施不单独解释,请查看示例代码,有详实阐明表明),替换该岗位key == null
    的实业为近来使装的实体,截至。

    5 )
    假如手上岗位的key threadLocal不一致,并且key threadLocal不为null,则开革新的实业,并存放到当下职
    i
    tab[i] = new Entry(key, value);,实际存储键值对素个数size + 1,由于弱引用带来了之问题,所以只要调用cleanSomeSlots(int i, int n)办法清除无用数据(此方不单独解释,请查看示例代码,有详细讲明表明),才可以判定现在之size来没起上阀值threshhold,假诺无如排除的多寡,存储元素个数仍然大于 阈值
    则调用rehash方法开展扩容(此方法不单独解释,请查看示例代码,有详尽讲明表明)。

演示代码:

        /**
         * 设置对应ThreadLocal的值
         *
         * @param key 当前thread local 对象
         * @param value 要设置的值
         */
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // 我们不会像get()方法那样使用快速设置的方式,
            // 因为通常很少使用set()方法去创建新的实体
            // 相对于替换一个已经存在的实体, 在这种情况下,
            // 快速设置方案会经常失败。

            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 获取当前位置的ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (k == key) {
                    // 赋予新值
                    e.value = value;
                    // 结束
                    return;
                }
                // 如果当前位置的key threadLocal为null
                if (k == null) {
                    // 替换该位置key == null 的实体为当前要设置的实体
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
            // 当前位置的k != key  && k != null
            // 创建新的实体,并存放至当前位置i
            tab[i] = new Entry(key, value);
            // 实际存储键值对元素个数 + 1
            int sz = ++size;
            // 由于弱引用带来了这个问题,所以先要清除无用数据,才能判断现在的size有没有达到阀值threshhold
            // 如果没有要清除的数据,存储元素个数仍然 大于 阈值 则扩容
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                // 扩容
                rehash();
        }

        /**
         * 当执行set操作时,获取对应的key threadLocal,并替换过期的实体
         * 将这个value值存储在对应key threadLocal的实体中,无论是否已经存在体
         * 对应的key threadLocal
         *
         * 有一个副作用, 此方法会删除该位置下和该位置nextIndex对应的所有过期的实体
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  value 当前thread local 对象对应存储的值
         * @param  staleSlot 第一次找到此过期的实体对应的位置索引index
         *         .
         */
        private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
                                       int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            Entry e;

            // 往前找,找到table中第一个过期的实体的下标
            // 清理整个table是为了避免因为垃圾回收带来的连续增长哈希的危险
            // 也就是说,哈希表没有清理干净,当GC到来的时候,后果很严重

            // 记录要清除的位置的起始首位置
            int slotToExpunge = staleSlot;
            // 从该位置开始,往前遍历查找第一个过期的实体的下标
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)
                    slotToExpunge = i;

            // 找到key一致的ThreadLocal或找到一个key为 null的
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                // 如果我们找到了key,那么我们就需要把它跟新的过期数据交换来保持哈希表的顺序
                // 那么剩下的过期Entry呢,就可以交给expungeStaleEntry方法来擦除掉
                // 将新设置的实体放置在此过期的实体的位置上
                if (k == key) {
                    // 替换,将要设置的值放在此过期的实体中
                    e.value = value;
                    tab[i] = tab[staleSlot];
                    tab[staleSlot] = e;

                    // 如果存在,则开始清除之前过期的实体
                    if (slotToExpunge == staleSlot)
                        slotToExpunge = i;
                    // 在这里开始清除过期数据
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                    return;
                }

                // / 如果我们没有在往后查找中找没有找到过期的实体,
                // 那么slotToExpunge就是第一个过期Entry的下标了
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
            }

            // 最后key仍没有找到,则将要设置的新实体放置
            // 在原过期的实体对应的位置上。
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            // 如果该位置对应的其他关联位置存在过期实体,则清除
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }


        /**
         * 启发式的扫描查找一些过期的实体并清除,
         * 此方法会再添加新实体的时候被调用, 
         * 或者过期的元素被清除时也会被调用.
         * 如果实在没有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(log n)
         * 如果有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(n)
         * 
         * @param i 一个确定不是过期的实体的位置,从这个位置i开始扫描
         *
         * @param n 扫描控制: 有{@code log2(n)} 单元会被扫描,
         * 除非找到了过期的实体, 在这种情况下
         * 有{@code log2(table.length)-1} 的格外单元会被扫描.
         * 当调用插入时, 这个参数的值是存储实体的个数,
         * 但如果调用 replaceStaleEntry方法, 这个值是哈希表table的长度
         * (注意: 所有的这些都可能或多或少的影响n的权重
         * 但是这个版本简单,快速,而且似乎执行效率还可以)
         *
         * @return true 返回true,如果有任何过期的实体被删除。
         */
        private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) {
                    n = len;
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }


        /**
         * 哈希表扩容方法
         * 首先扫描整个哈希表table,删除过期的实体
         * 缩小哈希表table大小 或 扩大哈希表table大小,扩大的容量是加倍.
         */
        private void rehash() {
            // 删除所有过期的实体
            expungeStaleEntries();

            // 使用较低的阈值threshold加倍以避免滞后
            // 存储实体个数 大于等于 阈值的3/4则扩容
            if (size >= threshold - threshold / 4)
                resize();
        }

        /**
         * 扩容方法,以2倍的大小进行扩容
         * 扩容的思想跟HashMap很相似,都是把容量扩大两倍
         * 不同之处还是因为WeakReference带来的
         */
        private void resize() {
            // 记录旧的哈希表
            Entry[] oldTab = table;
            // 记录旧的哈希表长度
            int oldLen = oldTab.length;
            // 新的哈希表长度为旧的哈希表长度的2倍
            int newLen = oldLen * 2;
            // 创建新的哈希表
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;
            // 逐一遍历旧的哈希表table的每个实体,重新分配至新的哈希表中
            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
                // 获取对应位置的实体
                Entry e = oldTab[j];
                // 如果实体不会null
                if (e != null) {
                    // 获取实体对应的ThreadLocal
                    ThreadLocal<?> k = e.get(); 
                    // 如果该ThreadLocal 为 null
                    if (k == null) {
                        // 则对应的值也要清除
                        // 就算是扩容,也不能忘了为擦除过期数据做准备
                        e.value = null; // Help the GC
                    } else {
                        // 如果不是过期实体,则根据新的长度重新计算存储位置
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                       // 将该实体存储在对应ThreadLocal的最后一个位置
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }
            // 重新分配位置完毕,则重新计算阈值Threshold
            setThreshold(newLen);
            // 记录实际存储元素个数
            size = count;
            // 将新的哈希表赋值至底层table
            table = newTab;
        }
  • ThreadLocalremove()操作实际是调用ThreadLocalMapremove(ThreadLocal<?> key)道,该法开展了如下操作:

    1 ) 获取相应之脚哈希表 table,总结对应threalocal的囤积地点。

    2 ) 循环遍历table针对该地方的实体,查找对应之threadLocal

    3 )
    获取当前地点的threadLocal,如果key threadLocal相同,则印证找到呼应之threadLocal,执行删除操作,删除此岗位的实体,停止。

示范代码:

        /**
         * 移除对应ThreadLocal的实体
         */
        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (e.get() == key) {
                    // 执行清除操作
                    e.clear();
                    // 清除此位置的实体
                    expungeStaleEntry(i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
        }

5.

问:ThreadLocalMap遇之贮存实体Entry使用ThreadLocal作为key,但这个Entry凡随着承弱引用WeakReference的,为何而这样设计,使用了已故引用WeakReference相会招致内存泄露问题也?

答:

  • 率先,回答是问题从前,我欲解释一下什么是赛引用,什么是死引用。

我们于常规境况下,普遍接纳的是青出于蓝引用:

A a = new A();

B b = new B();

a = null;b = null;时常,一段时间后,JAVA垃圾回收机制GC会拿 a 和 b
对诺所分配的内存空间给回收。

可是考虑这么平等栽处境:

C c = new C(b);
b = null;

当 b 被安装成null平日,那么是否代表这一段时间后GC工作得以回收 b
所分配的内存空间呢?答案是否定的,因为即使 b 被设置成null,但 c
依旧拥有对 b 的援,而且依旧略胜一筹引用,所以GC不会面回收 b
原先所分配的空中,既不克回收,又非可知动用,这虽招致了 内存泄露。

这什么样处理也?

足通过c = null;,也堪下弱引用WeakReference w = new WeakReference(b);。因为以了寿终正寝引用WeakReference,GC是可以回收
b 原先所分配的空间的。

上述解释重要参考自:本着ThreadLocal实现原理的一些考虑

  • 回到ThreadLocal的框框上,ThreadLocalMap使用ThreadLocal的辞世引用作为key,倘诺一个ThreadLocal从没外部强引用来引用它,那么网
    GC
    的时节,这多少个ThreadLocal肯定会让回收,这样一来,ThreadLocalMap吃即相会并发keynullEntry,就从未艺术看这些keynullEntryvalue,假诺手上线程再缓缓未结吧,这个keynullEntryvalue哪怕谋面一向存在同样漫长高引用链:Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value
    永远不能够回收,造成内存泄漏。

其实,ThreadLocalMap的统筹中就考虑到这种景色,也增长了一部分防止章程:在ThreadLocalget(),set(),remove()的上还会合破线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue

而是那多少个被动的预防措施并无可知确保非会合内存泄漏:

  • 使用staticThreadLocal,延长了ThreadLocal的生命周期,可能造成的内存泄漏(参考ThreadLocal
    内存泄露的实例分析
    )。

  • 分红使用了ThreadLocal与此同时不再调用get(),set(),remove()艺术,那么就会造成内存泄漏。

起表上看内存泄漏的根源在利用了寿终正寝引用。网上的篇章大都着重分析ThreadLocal运用了回老家引用会招内存泄漏,可是任何一个问题吧一如既往值得思考:为啥采纳弱引用而不是赛引用?

大家先来探望官方文档的布道:

To help deal with very large and long-lived usages, 
the hash table entries use WeakReferences for keys.

为回应好很与丰硕时之用处,哈希表使用弱引用的 key

脚我们分点儿种植状态商讨:

  • key
    使用大引用:引用的ThreadLocal的对象被回收了,不过ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的过人引用,倘使无手动删除,ThreadLocal非会晤受回收,导致Entry内存泄漏。

  • key
    使用弱引用:引用的ThreadLocal的靶子吃回收了,由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的凋谢引用,即使没手动删除,ThreadLocal为会受回收。value在产一致不成ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时会为拔除。

  • 于少种植情景,大家可发现:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长,假若都并未手动删除相应key,都会晤导致内存泄漏,可是下弱引用得多同层保障:弱引用ThreadLocal莫晤面内存泄漏,对应之value在生一致不好ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时刻会让拔除。

因此,ThreadLocal内存泄漏的来是:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一律长,借使没手动删除相应key就算会造成内存泄漏,而不是因弱引用。

综合上边的分析,我们得解ThreadLocal内存泄漏的前因后果,那么怎么避免内存泄漏也?

历次用完ThreadLocal,都调用它的remove()主意,清除数据。

于使用线程池的图景下,没有顿时清理ThreadLocal,不仅是内存泄漏的问题,更要紧的是唯恐引致工作逻辑出现问题。所以,使用ThreadLocal不怕和加锁完要解锁一样,用了便清理。

上述解释重要参考自:深深剖析 ThreadLocal
内存泄漏问题

6.

问:ThreadLocalsynchronized的区别?

答:ThreadLocalsynchronized关键字还用于拍卖多线程并发访问变量的题目,只是二者处理问题的角度以及笔触不同。

  1. ThreadLocal举凡一个Java类,通过对当下线程中的有些变量的操作来化解不同线程的变量访问的闯问题。所以,ThreadLocal供了线程安全的共享对象机制,每个线程都具备该副本。

  2. Java中的synchronized大凡一个保留字,它依靠JVM的锁机制来实现临界区之函数或者变量的造访中之原子性。在同步机制被,通过对象的锁机制保证同一时间只出一个线程访问变量。此时,被看作“锁机制”的变量时多少个线程共享的。

  • 联合机制(synchronized第一字)采用了为“时间换空间”的章程,提供相同份变量,让不同之线程排队访问。而ThreadLocal应用了“以空间更换时间”的措施,为每一个线程都提供平等份变量的副本,从而实现以做客使互不影响。

7.

问:ThreadLocal于如今爆发啊使场景?

报经:总的来说ThreadLocal首如果化解2栽档次的问题:

  • 釜底抽薪出现问题:使用ThreadLocal代替synchronized来管线程安全。同步机制使了“以时日换空间”的艺术,而ThreadLocal选择了“以空间更换时间”的法子。前者只提供相同卖变量,让不同之线程排队访问,而后人为各国一个线程都提供了同份变量,因而好又做客使互不影响。

  • 解决数据存储问题:ThreadLocal呢变量在每个线程中还创建了一个副本,所以每个线程可以看自己中的副本变量,不同线程之间莫会合相互干扰。如一个Parameter对象的数据要在多单模块中运用,倘若用参数传递的法门,分明会增多模块之间的耦合性。此时我们得用ThreadLocal解决。

利用场景:

Spring使用ThreadLocal釜底抽薪线程安全问题

  • 咱精通当一般景色下,唯有无状态的Bean才得以于多线程环境下共享,在Spring着,绝大部分Bean还好注明也singleton功用域。就是坐Spring对一些Bean(如RequestContextHolderTransactionSynchronizationManagerLocaleContextHolder对等)中非线程安全状态下ThreadLocal进展处理,让其为成线程安全的状态,因为来状态的Bean固然可以于差不多线程中共享了。

  • 一般的Web用细分也显示层、服务层和持久层三独层次,在不同的重叠中修对应之逻辑,下层通过接口向上层开放功用调用。在相似意况下,从收受请求到回响应所经过的有程序调用都跟属一个线程ThreadLocal大凡化解线程安全问题一个深好之思路,它通过为每个线程提供一个单身的变量副本解决了变量并发访问的撞问题。在重重状态下,ThreadLocal正如直下synchronized并机制解决线程安全问题重新简便易行,更便于,且结果程序有所再胜似的并发性。

以身作则代码:

public abstract class RequestContextHolder  {
····

    private static final boolean jsfPresent =
            ClassUtils.isPresent("javax.faces.context.FacesContext", RequestContextHolder.class.getClassLoader());

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =
            new NamedThreadLocal<RequestAttributes>("Request attributes");

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =
            new NamedInheritableThreadLocal<RequestAttributes>("Request context");

·····
}

总结

  1. ThreadLocal供线程内部的有的变量,在本线程内随时随地可取,隔离其他线程。

  2. ThreadLocal的宏图是:每个Thread护卫一个ThreadLocalMap哈希表,这些哈希表的keyThreadLocal实例本身,value才是当真使存储的值Object

  3. ThreadLocal的常用操作实际是对准线程Thread中的ThreadLocalMap开展操作。

  4. ThreadLocalMap的底部实现是一个定制的自定义HashMap哈希表,ThreadLocalMap的阈值threshold
    = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3,当实际存储元素个数size
    大于或等于 阈值threshold3/4
    size >= threshold*3/4,则针对根哈希表数组table进行扩容操作。

  5. ThreadLocalMap遭遇之哈希表Entry[] table囤的主导要素是Entry,存储的keyThreadLocal实例对象,valueThreadLocal
    对许储存的价值value。需要留意的是,此Entry此起彼伏了寿终正寝引用
    WeakReference,所以当使ThreadLocalMap时,发现key == null,则表示这多少个key ThreadLocal非在受引用,需要将该打ThreadLocalMap哈希表中移除。

  6. ThreadLocalMap使用ThreadLocal的死亡引用作为key,倘使一个ThreadLocal一向不外部强引用来引用它,那么网
    GC
    的时段,这一个ThreadLocal毫无疑问会受回收。所以,在ThreadLocalget(),set(),remove()的早晚都会合破线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue。假如大家无主动调用上述操作,则会招致内存泄露。

  7. 以安全地应用ThreadLocal,必须使像每一趟用完锁就解锁一样,在每一趟用完ThreadLocal晚都设调用remove()来清理无用的Entry。这当操作以以线程池时尤为紧要。

  8. ThreadLocalsynchronized的界别:同步机制(synchronized根本字)拔取了因“时间变空间”的法门,提供相同客变量,让不同之线程排队访问。而ThreadLocal使了“以空间更换时间”的计,为各类一个线程都提供相同卖变量的副本,从而实现而做客使互不影响。

  9. ThreadLocal第一是解决2种植类型的题目:A.
    解决出现问题:使用ThreadLocal代同步机制解决出现问题。B.
    解决多少存储问题:如一个Parameter对象的数码要以差不两个模块中使,假设利用参数传递的法,显著会加模块之间的耦合性。此时大家可以下ThreadLocal解决。

参考作品

深切浅出ThreadLocal
ThreadLocal和synchronized的区别?
深入剖析ThreadLocal
ThreadLocal内部机制
聊一聊Spring中之线程安全性
本着ThreadLocal实现原理的一点思维
深入解析 ThreadLocal
内存泄漏问题

读Spring必学的Java基础知识(6)—-ThreadLocal
ThreadLocal设计形式
ThreadLocal案例解析
Spring单例形式和线程安全ThreadLocal